From Gene to Recombinant DNA Technology

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1 From Gene to Recombinant DNA Technology

2 1-1 基因的組成 （Composition of Gene）
DNA（deoxyribonucleic acid, 去氧核糖核酸） 基因是染色體上具特殊序列的DNA區段，由Adenine（腺嘌呤, A）、Guanine（鳥糞嘌呤, G）、Thymine（胸腺嘧啶, T）、Cytosine（胞嘧啶, C）等四種鹼基（base）與去氧核糖（deoxyribose）及磷酸根（phosphate group）所形成的〝去氧核糖核苷酸〞（deoxyribonucleotide）的聚合體（polymer）。

3 DNA 腺嘌呤去氧核糖核苷酸（A, adenine deoxyribonucleotide)
鳥糞嘌呤去氧核糖核苷酸（G, guanine deoxyribonucleotide） 胞嘧啶去氧核糖核苷酸（C, cytosine deoxyribonucleotide 胸腺嘧啶去氧核糖核苷酸（T, thymine deoxyribonucleotide）

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6 DNA雙股螺旋結構

7 1-2 基因構造與基因密碼 （Gene Structure and Genetic Code）
完整的基因構造：起動子（promoter）、exon（表現子）與intron（隱藏子）等區域。 遺傳訊息由DNA傳遞至mRNA的過程，稱之為〝轉錄〞（transcription），這個過程是發生在細胞核中。 所形成的mRNA接著就被運送到細胞質中的內質網，開始蛋白質的合成，這個步驟稱為〝轉譯〞（translation）。

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10 RNA（ribonucleic acid, 核糖核酸）
RNA則是由Adenine（腺嘌呤，A）、Guanine（鳥糞嘌呤，G）、Uracil （脲嘧啶，U）、Cytosine（胞嘧啶，C）等四種鹼基（base）與核糖（ribose）及磷酸根（phosphate group）所形成的〝核糖核苷酸〞（ribonucleotide）的聚合體。

11 RNA 腺嘌呤核糖核苷酸（A, adenine ribonucleotide）
鳥糞嘌呤核糖核苷酸（G, guanine ribonucleotide） 胞嘧啶核糖核苷酸（C, cytosine ribonucleotide） 脲嘧啶核糖核苷酸（U, uracil ribonucleotide）

12 基因密碼對照表 胺基酸種類 基因密碼對照表 （縮寫） 相對應的基因密碼 丙胺酸 Alanine （Ala/A）
GCU, GCC, GCA, GCG 白胺酸 Leucine （Leu/L） UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG 精胺酸 Arginine （Arg/R） CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG 離胺酸 Lysine （Lys/K） AAA, AAG 天門冬醯胺酸Asparagine （Asn/N） AAU, AAC 甲硫胺酸Methionine （Met/M） AUG 天門冬胺酸Aspartic acid （Asp/D） GAU, GAC 苯丙胺酸Phenylalanine（Phe/F） UUU, UUC 半胱胺酸 cysteine Cys/C UGU, UGC 脯胺酸 Proline （Pro/P） CCU, CCC, CCA, CCG 谷胺酸鹽 Glutamine （Gln/Q） CAA, CAG 絲胺酸 Serine Ser/S UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC 麩胺酸 Glutamic acid （Glu/E） GAA, GAG 蘇胺酸Threonine （Thr/T） ACU, ACC, ACA, ACG 甘胺酸 Glycine （Gly/G） GGU, GGC, GGA, GGG 色胺酸 Tryptophan （Trp/W） UGG 組織胺酸 Histidine （His/H） CAU, CAC 酪胺酸 Tyrosine （Tyr/Y） UAU, UAC 異白胺酸 Isoleucine （Ile/I） AUU, AUC, AUA 纈胺酸 Valine （Val/V） GUU, GUC, GUA, GUG 起始密碼 （START） 終止密碼 （STOP） UAG, UGA, UAA 基因密碼對照表

13 圖1.4 Somatostatin （體制素）形成的圖示。（圖中的號碼代表胺基酸的相對位置。）
圖1.5 Somatostatin SS-14的基因密碼與轉譯後之胺基酸序列。

14 1-3 重組DNA技術與蛋白質的表現（Recombinant DNA Technology and Protein Expression）
以RNA當作模版的DNA聚合酶來合成與此mRNA相對應的DNA，稱為〝complementary DNA〞（cDNA, 互補DNA）。 用限制酶與接合酶將此特定的cDNA接入〝質體〞（plasmid）中。 質體最初是在細菌中被發現的，屬於細菌染色體外的遺傳物質具有雙股螺旋的環狀結構。

15 圖1.6 細菌的染色體與質體。

16 圖1.7 細菌的質體可複製並轉移至子代細菌中。

17 圖1.8 載體的圖示範例（Invitrogen公司所銷售的載體）。

18 圖1.9 重組DNA技術的簡單圖示。

19 重組DNA技術Recombinant DNA Technology

20 圖1.10 以含有外來基因的質體表現出此基因的蛋白質產物。

21 1-4 重組DNA技術在商業化方面的應用 （The Applications of Recombinant DNA Technology on Product Commercialization）
Genentech公司利用重組DNA技術（Recombinant DNA technology），成功研發出第一個重組人類胰島素（recombinant human insulin, rHI; 商業名稱：Humulin），在西元1982年獲得FDA核准銷售並且由Eli Lily藥廠量產。

22 重組DNA技術商業化的應用 研發新藥和更安全的疫苗。 治療某些遺傳性疾病、控制病毒傳染的疾病、抑制發炎。
發展生物性農藥、增加農產量並降低成本。 延緩食物腐敗的速度、降低某些食品的致敏性並且增加食物的營養成份。 研發可生物分解的塑膠（biodegradable plastic）、減少水及空氣的污染。